[發(fā)明專利]一種帶加速度補(bǔ)償?shù)暮銣鼐w振蕩器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010608731.6
• 申請(qǐng)日: 2010-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN102075141A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單慶曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 單慶曉
• 主分類號(hào): H03B5/04
• 分類號(hào): H03B5/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明對(duì)恒溫晶體振蕩器進(jìn)行振動(dòng)補(bǔ)償，應(yīng)用于需要高精度頻率基準(zhǔn)場(chǎng)合，特別是在振動(dòng)環(huán)境下需要高精度頻率基準(zhǔn)；如機(jī)載精密電子設(shè)備、航天器精密電子設(shè)備和各種運(yùn)動(dòng)載體攜帶的精密電子設(shè)備。

背景技術(shù)

恒溫晶體振蕩器(OCXO)由于輸出頻率穩(wěn)定在各種需要高精度頻率基準(zhǔn)場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用。由于石英晶體振蕩器對(duì)加速度敏感，在振動(dòng)環(huán)境下輸出頻率改變，相位噪聲增加，降低了電子設(shè)備的性能。

目前人們?cè)跈C(jī)械結(jié)構(gòu)上作了研究，在機(jī)械上采取各種緩沖技術(shù)，降低沖擊對(duì)晶振的影響。然而機(jī)械上的緩沖只能減小短期的沖擊，對(duì)于低頻的加速度則無(wú)法解決。并且機(jī)械上的緩沖措施增大設(shè)備體積和重量，不利于小型化。

人們也采用了各種補(bǔ)償方法。補(bǔ)償包括被動(dòng)補(bǔ)償和主動(dòng)補(bǔ)償。Gagnepain等將兩個(gè)振蕩器在機(jī)械上反并聯(lián)再在電氣上串聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)補(bǔ)償；有學(xué)者采用雙晶振，將加速度敏感電容加在調(diào)諧電路中，利用加速度敏感電容進(jìn)行補(bǔ)償。也有學(xué)者采用主動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢⒓铀俣扔?jì)安裝在晶體上，將檢測(cè)值饋入模擬電路實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)整。這些補(bǔ)償方法均為模擬補(bǔ)償方法，由于加速度變化范圍大，要保證模擬電路在寬范圍內(nèi)的線性度很困難。

【1】Martin?Bloch，”Method?for?achieving?highly?reproducible?acceleration?insensitive?quartz?crystal?oscillators”，U.S.Patent?No?7,106,143，2006

【2】John?A.Kosinski，”Acceleration?insensitive?piezo-microresonator”，U.S.Patent?No?7,154,212，2006

【3】Marvin?E.Frerking，“Vibration?compensated?crystal?oscillator”，U.S.Patent?No4,891,611，1990

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種采用數(shù)字方式補(bǔ)償?shù)暮銣鼐w振蕩器。將三維MEMS加速度傳感器安裝在與晶體振蕩器接近的位置，實(shí)時(shí)檢測(cè)三維加速度。采用數(shù)字處理芯片得到三維加速度值，通過(guò)數(shù)字計(jì)算產(chǎn)生控制電壓，該電壓施加在恒溫晶體振蕩器的壓控端，補(bǔ)償加速度帶來(lái)的頻率變化。

該發(fā)明采用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)，利用數(shù)字算法實(shí)現(xiàn)，克服了模擬電路易受環(huán)境溫度影響、性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為帶加速度補(bǔ)償?shù)暮銣鼐д裨韴D。

圖2為加速度矢量圖。

圖3為加速度補(bǔ)償電路板原理圖。

圖4為加速度補(bǔ)償電路板的安裝示意圖。

圖5為加速度補(bǔ)償電路板的平面示意圖，其中1-MEMS加速度傳感器；2-FPGA；3-電源模塊；4-D/A芯片。

具體實(shí)施方式

恒溫晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱OCXO)一般具有溫控電路精確控制晶體的溫度，OCXO還具有一個(gè)壓控電路，通過(guò)改變壓控端的電壓即可對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明在OCXO內(nèi)部加上加速度補(bǔ)償部分，該部分主要包括一個(gè)三維MEMS加速度傳感器、基于FPGA的數(shù)字控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(簡(jiǎn)稱D/A)。具有加速度補(bǔ)償?shù)腛CXO組成如圖1所示。

OCXO具有一個(gè)固有的加速度敏感方向，該方向?yàn)榇_定的，通過(guò)測(cè)試方法可獲得。設(shè)該方向與x，y，z三軸的夾角為錯(cuò)誤！未找到引用源。。設(shè)三維MEMS加速度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)三個(gè)方向的加速度，三軸加速度分別為a_x，a_y，a_z錯(cuò)誤！未找到引用源。，則敏感加速度矢量為錯(cuò)誤！未找到引用源。(1)

加速度傳感器的檢測(cè)值a_x，a_y，a_z送給FPGA，通過(guò)式(1)的計(jì)算得到敏感加速度值a_m，設(shè)OXCO的壓控系數(shù)為k_v，加速度敏感系數(shù)為k_a，則數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的電壓為

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